虛擬織物的觸覺感知研究.pdf_第1頁
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1、織物形變和紋理信息的感知,目前仍然停留在視覺感知層面,隨著虛擬技術(shù)的發(fā)展,人們渴望獲得織物的更多感知信息。本文創(chuàng)新地開展相關(guān)研究,提出了基于質(zhì)子彈簧模型改進(jìn)的織物形變模型,并進(jìn)一步結(jié)合織物表面紋理圖像信息,提出了紋理織物的力觸覺感知算法,讓紋理圖像力觸覺感知不再局限于剛性體表面,實(shí)現(xiàn)了紋理圖像力觸覺在柔性體表面的感知。此外,大多數(shù)虛擬織物觸覺感知算法采用單觸點(diǎn)交互,不能模擬現(xiàn)實(shí)生活中兩個(gè)手指感知織物的行為,針對(duì)性地完成了虛擬織物雙觸點(diǎn)的

2、交互系統(tǒng),成功地對(duì)附有紋理的虛擬織物進(jìn)行雙手指指尖式交互和感知,除了在視覺上的織物形變過程,還可借助觸覺交互設(shè)備感受虛擬織物的彈性和摩擦力、紋理凹凸感等手感,交互沉浸感變強(qiáng),效果更好。
  首先對(duì)織物紋理視觸覺感知研究的意義和目的進(jìn)行了介紹,對(duì)國(guó)內(nèi)外織物形變、紋理圖像力渲染及虛擬織物交互方式的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了匯總和分析,進(jìn)而確定了研究目標(biāo)和內(nèi)容。根據(jù)織物的伸縮性、彎曲性和剪切性等物理特性,針對(duì)經(jīng)典彈簧質(zhì)點(diǎn)模型存在的超彈性形變以及各向

3、異性問題,對(duì)經(jīng)典彈簧質(zhì)點(diǎn)模型進(jìn)行了改進(jìn),考慮了織物的伸縮性、剪切性、彎曲性以及表面粗糙度,有效解決了織物仿真中各向異性及超彈性的問題,提高了織物形變真實(shí)感?;谀P停瑢?duì)質(zhì)子進(jìn)行力學(xué)分析,建立運(yùn)動(dòng)學(xué)方程,求解質(zhì)子位置。為了滿足形變的實(shí)時(shí)性要求,在質(zhì)子位置求解上,選擇使用兼顧了速度和精度的速度韋爾萊數(shù)值計(jì)算方法。
  紋理是織物的重要屬性,給予人們特有的具有辨識(shí)度的視觸覺感覺。本文基于織物表面紋理圖像,使用SFS算法得到了紋理圖像像素

4、點(diǎn)的三維信息,通過基于顏色和空間的圖像劃分算法得到紋理圖像的不同區(qū)域。在紋理圖像的三維重構(gòu)和區(qū)域劃分的基礎(chǔ)上,提出了基于織物形變的三維紋理映射算法,不僅還原了織物表面的三維紋理,賦予了織物表面的三維凹凸感和基于區(qū)域劃分的不同手感,還實(shí)現(xiàn)了三維紋理隨織物一同形變。提高了虛擬織物觸覺感知的真實(shí)性和視觸覺上的一致性。
  本文提出了雙觸點(diǎn)的交互算法,突破了單觸點(diǎn)交互的局限,讓虛擬織物的交互更加貼近實(shí)際。針對(duì)兩個(gè)HIP(觸覺交互點(diǎn))與虛擬

5、織物的交互特點(diǎn),采用了AABB軸向包圍盒樹碰撞檢測(cè)方法,該算法在碰撞檢測(cè)效率及交互實(shí)時(shí)性上表現(xiàn)出色。針對(duì)雙觸點(diǎn)交互下存在的多種接觸狀態(tài),針對(duì)各種狀態(tài)提出了相應(yīng)的力觸覺反饋模型,讓操作者體驗(yàn)到更加真實(shí)的紋理織物觸摸感受。
  針對(duì)上述模型和算法,開發(fā)了一個(gè)雙觸點(diǎn)的虛擬紋理織物視觸覺交互系統(tǒng),并進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),對(duì)雙指尖觸碰織物的行為進(jìn)行仿真,觀察交互過程中的織物形變,感受紋理織物的彈性、紋理凹凸感和各區(qū)域摩擦性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了本文可以實(shí)

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